Страница 60 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

Для определения строения электронной оболочки атома необходимо знать его порядковый номер в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Порядковый номер элемента равен заряду ядра его атома, а также общему числу электронов в атоме. Номер периода, в котором находится элемент, указывает на число энергетических уровней (электронных слоев) в его атоме.

Решение

а) алюминия

Алюминий (Al) — это элемент 3-го периода, главной подгруппы III группы (13-й группы) с порядковым номером 13.

Из этого следует:

• Заряд ядра атома алюминия равен $+13$.
• В атоме содержится 13 протонов и 13 электронов.
• Электроны располагаются на 3 энергетических уровнях (так как элемент находится в 3-м периоде).

Распределим электроны по уровням, учитывая, что максимальная вместимость первого уровня — 2 электрона, второго — 8 электронов:

• 1-й уровень: 2 электрона.
• 2-й уровень: 8 электронов.
• 3-й уровень (внешний): $13 - 2 - 8 = 3$ электрона.

Схема строения электронной оболочки атома алюминия выглядит так: Al $+13 )_2 )_8 )_3$.

Электронная конфигурация (формула) атома алюминия: $1s^22s^22p^63s^23p^1$.

Ответ: Схема строения электронной оболочки атома алюминия: Al $+13 )_2 )_8 )_3$.

б) фосфора

Фосфор (P) — это элемент 3-го периода, главной подгруппы V группы (15-й группы) с порядковым номером 15.

Из этого следует:

• Заряд ядра атома фосфора равен $+15$.
• В атоме содержится 15 протонов и 15 электронов.
• Электроны располагаются на 3 энергетических уровнях (элемент находится в 3-м периоде).

Распределение электронов по уровням:

• 1-й уровень: 2 электрона.
• 2-й уровень: 8 электронов.
• 3-й уровень (внешний): $15 - 2 - 8 = 5$ электронов.

Схема строения электронной оболочки атома фосфора: P $+15 )_2 )_8 )_5$.

Электронная конфигурация атома фосфора: $1s^22s^22p^63s^23p^3$.

Ответ: Схема строения электронной оболочки атома фосфора: P $+15 )_2 )_8 )_5$.

в) кислорода

Кислород (O) — это элемент 2-го периода, главной подгруппы VI группы (16-й группы) с порядковым номером 8.

Из этого следует:

• Заряд ядра атома кислорода равен $+8$.
• В атоме содержится 8 протонов и 8 электронов.
• Электроны располагаются на 2 энергетических уровнях (элемент находится во 2-м периоде).

Распределение электронов по уровням:

• 1-й уровень: 2 электрона.
• 2-й уровень (внешний): $8 - 2 = 6$ электронов.

Схема строения электронной оболочки атома кислорода: O $+8 )_2 )_6$.

Электронная конфигурация атома кислорода: $1s^22s^22p^4$.

Ответ: Схема строения электронной оболочки атома кислорода: O $+8 )_2 )_6$.

а) азота и фосфора

Азот (N) и фосфор (P) являются элементами одной и той же группы — 15-й (или VА) группы Периодической системы. Однако они находятся в разных периодах: азот во втором, а фосфор — в третьем.

Электронная конфигурация атома азота (порядковый номер 7, заряд ядра +7): $1s^22s^22p^3$.

Электронная конфигурация атома фосфора (порядковый номер 15, заряд ядра +15): $1s^22s^22p^63s^23p^3$.

Сходство:

Главное сходство в строении их электронных оболочек заключается в одинаковом количестве электронов на внешнем энергетическом уровне — у обоих атомов их 5. Конфигурация внешнего (валентного) слоя у них аналогична и описывается общей формулой $ns^2np^3$. Это обуславливает сходство их химических свойств.

Различие:

Основное различие состоит в общем числе электронных уровней. У атома азота электроны расположены на двух энергетических уровнях, в то время как у атома фосфора — на трех. Из-за этого атомный радиус фосфора значительно больше радиуса атома азота, а его неметаллические свойства выражены слабее.

Ответ: Сходство строения электронных оболочек атомов азота и фосфора заключается в одинаковом числе валентных электронов (5) и аналогичной конфигурации внешнего слоя ($ns^2np^3$). Различие заключается в числе энергетических уровней: у азота их два, а у фосфора — три.

б) фосфора и серы

Фосфор (P) и сера (S) являются элементами одного и того же, третьего, периода Периодической системы. Однако они находятся в разных группах: фосфор в 15-й (VА), а сера — в 16-й (VIА).

Электронная конфигурация атома фосфора (порядковый номер 15, заряд ядра +15): $1s^22s^22p^63s^23p^3$.

Электронная конфигурация атома серы (порядковый номер 16, заряд ядра +16): $1s^22s^22p^63s^23p^4$.

Сходство:

Так как оба элемента находятся в 3-м периоде, их атомы имеют одинаковое число энергетических уровней — 3.

Различие:

Различие состоит в количестве электронов на внешнем энергетическом уровне. У атома фосфора на внешнем слое 5 электронов (конфигурация $3s^23p^3$), а у атома серы — 6 электронов (конфигурация $3s^23p^4$). Также у них разный заряд ядра (+15 у P и +16 у S). При движении по периоду слева направо с увеличением заряда ядра и числа валентных электронов усиливается притяжение электронов к ядру. Поэтому атомный радиус серы меньше, а электроотрицательность и неметаллические свойства выражены сильнее, чем у фосфора.

Ответ: Сходство строения электронных оболочек атомов фосфора и серы заключается в одинаковом количестве энергетических уровней (3). Различие состоит в разном числе валентных электронов: 5 у фосфора и 6 у серы, что приводит к меньшему атомному радиусу и более сильным неметаллическим свойствам у серы.

Дано:

Химический элемент – кремний (Si).

Найти:

Заполнить пропуски в предложении, основываясь на строении атома кремния.

Решение:

Для того чтобы заполнить пропуски в предложении, необходимо воспользоваться Периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева и определить ключевые характеристики атома кремния (Si).

1. Число протонов. Порядковый номер кремния (Si) в таблице — 14. Порядковый номер элемента (Z) равен заряду ядра, то есть числу протонов в ядре. Следовательно, в ядре атома кремния находится 14 протонов.

2. Число нейтронов. Относительная атомная масса кремния округляется до 28 для его наиболее стабильного и распространенного изотопа ($^{28}$Si). Массовое число (A) — это общее число протонов (Z) и нейтронов (N) в ядре. Число нейтронов вычисляется по формуле $N = A - Z$. Для кремния: $N = 28 - 14 = 14$. Таким образом, в ядре атома кремния содержится 14 нейтронов.

3. Число электронов и его связь с характеристикой элемента. В электронейтральном атоме число электронов равно числу протонов. Следовательно, число электронов, как и число протонов, равно порядковому номеру элемента.

4. Число энергетических уровней. Кремний (Si) расположен в 3-м периоде Периодической системы. Номер периода, в котором находится элемент, определяет число его энергетических уровней (электронных слоев). Значит, у атома кремния 3 энергетических уровня.

5. Число электронов на внешнем слое. Кремний (Si) находится в IV (четвертой) группе, главной подгруппе (A-группе). Для элементов главных подгрупп номер группы указывает на число электронов на внешнем электронном слое (валентных электронов). Следовательно, у атома кремния 4 валентных электрона.

На основе полученных данных заполняем пропуски в исходном предложении.

Ответ:

«Атом кремния содержит в ядре 14 протонов и 14 нейтронов. Число электронов, находящихся вокруг ядра, как и число протонов, равно порядковому номеру элемента. Число энергетических уровней определяется номером периода и равно 3. Число электронов на внешнем электронном слое определяется номером группы и равно 4».

а) 2ē, 8ē

Решение:

Электронная формула показывает распределение электронов по энергетическим уровням (слоям) в атоме химического элемента. По этой формуле можно определить положение элемента в Периодической системе Д. И. Менделеева.

1. Определение порядкового номера. Общее число электронов в атоме равно сумме электронов на всех энергетических уровнях. В данном случае:

$2 + 8 = 10$ электронов.

В нейтральном атоме число электронов равно порядковому номеру элемента (Z). Следовательно, $Z=10$. Элемент с порядковым номером 10 — это неон (Ne).

2. Определение периода. Номер периода соответствует числу электронных слоев в атоме. В данном атоме электроны расположены на двух слоях (первом и втором), значит, элемент находится во 2-м периоде.

3. Определение группы. Для элементов главных подгрупп (A-групп) номер группы равен числу электронов на внешнем (валентном) энергетическом уровне. Внешним является второй уровень, на котором находится 8 электронов. Это означает, что элемент является инертным газом и находится в VIIIА группе (или 18-й группе по современной классификации).

Ответ: Элемент с электронной формулой 2ē, 8ē — это неон (Ne). Он расположен в Периодической системе в 2-м периоде, VIIIА группе (18-й группе). Порядковый номер элемента — 10.

б) 2ē, 8ē, 4ē

Решение:

Электронная формула 2ē, 8ē, 4ē показывает, что электроны в атоме распределены по трем энергетическим уровням.

1. Определение порядкового номера. Найдем общее число электронов в атоме:

$2 + 8 + 4 = 14$ электронов.

Порядковый номер элемента (Z) равен общему числу электронов, следовательно, $Z=14$. Элемент с таким порядковым номером — кремний (Si).

2. Определение периода. Атом имеет три заполненных электронами энергетических уровня, поэтому элемент расположен в 3-м периоде.

3. Определение группы. Внешний энергетический уровень — третий, и на нем находится 4 валентных электрона. Следовательно, элемент относится к IVА группе (или 14-й группе по современной классификации).

Ответ: Элемент с электронной формулой 2ē, 8ē, 4ē — это кремний (Si). Он расположен в Периодической системе в 3-м периоде, IVА группе (14-й группе). Порядковый номер элемента — 14.

Решение

Количество элементов в любом периоде Периодической системы определяется строением электронных оболочек атомов. В частности, оно равно максимальному числу электронов, которое может поместиться на внешнем энергетическом уровне, заполняемом у элементов данного периода. Номер периода соответствует главному квантовому числу ($n$) этого внешнего уровня.

Почему в 1-м периоде содержится только два элемента

Элементы 1-го периода имеют один электронный слой ($n=1$). Согласно принципам квантовой механики, на первом энергетическом уровне существует только один подуровень — 1s-подуровень. Он состоит из одной сферической s-орбитали. В соответствии с принципом запрета Паули, на одной орбитали может находиться не более двух электронов (с противоположными спинами).

Таким образом, максимальная ёмкость первого энергетического уровня составляет 2 электрона. Это и определяет, что в 1-м периоде может быть только два элемента:

1. Водород (H), у которого один электрон на 1s-орбитали (электронная конфигурация $1s^1$).

2. Гелий (He), у которого два электрона на 1s-орбитали (электронная конфигурация $1s^2$).

На гелии первый электронный слой полностью заполнен, и период завершается.

Почему во 2-м периоде содержится восемь элементов

У элементов 2-го периода электроны заполняют второй энергетический уровень ($n=2$). Этот уровень имеет более сложное строение и состоит из двух подуровней: 2s и 2p.

- 2s-подуровень содержит одну s-орбиталь, которая может вместить 2 электрона.

- 2p-подуровень содержит три p-орбитали, каждая из которых вмещает по 2 электрона, что в сумме составляет $3 \times 2 = 6$ электронов.

Следовательно, общая максимальная ёмкость второго энергетического уровня равна сумме ёмкостей его подуровней: $2 \text{ электрона (с 2s)} + 6 \text{ электронов (с 2p)} = 8$ электронов.

Именно поэтому во 2-м периоде располагаются восемь химических элементов. У них последовательно заполняются 2s- и 2p-подуровни: от лития (Li) с конфигурацией $[He]2s^1$ до неона (Ne) с полностью завершенным внешним слоем $[He]2s^22p^6$.

Ответ: Количество элементов в периоде равно максимальному числу электронов на соответствующем внешнем энергетическом уровне. Первый уровень ($n=1$) может вместить максимум 2 электрона (на единственном 1s-подуровне), поэтому в 1-м периоде 2 элемента. Второй уровень ($n=2$) может вместить максимум 8 электронов (2 на 2s-подуровне и 6 на 2p-подуровне), поэтому во 2-м периоде 8 элементов.

Периодически повторяющиеся явления, или периодические процессы, встречаются в самых разных областях знаний, изучаемых в школе. Вот несколько примеров из различных предметов:

География: В этой науке мы сталкиваемся с циклическими процессами, связанными с движением небесных тел. К ним относятся смена дня и ночи (результат вращения Земли вокруг своей оси с периодом около 24 часов), смена времён года (результат обращения Земли вокруг Солнца с периодом 1 год), а также морские приливы и отливы (периодические колебания уровня моря с периодом около 12,5 часов, вызванные гравитацией Луны и Солнца).

Биология: Жизнедеятельность организмов подчинена множеству периодических процессов, называемых биологическими ритмами. Примерами служат сердцебиение (циклические сокращения и расслабления сердечной мышцы), дыхание (ритмичная смена вдоха и выдоха), циркадные ритмы (например, цикл сна и бодрствования с периодом около 24 часов) и сезонные явления (ежегодная миграция птиц, спячка животных, цветение и листопад у растений).

Химия: Самый яркий пример периодичности — это Периодический закон Д. И. Менделеева. Согласно ему, свойства химических элементов и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от величины заряда их атомных ядер. Это означает, что при последовательном увеличении атомного номера свойства элементов (такие как валентность, атомный радиус, электроотрицательность) закономерно повторяются.

Математика: В математике изучаются периодические функции. Функция $f(x)$ называется периодической с периодом $T \ne 0$, если для любого $x$ из области определения выполняется равенство $f(x+T) = f(x)$. Классическими примерами являются тригонометрические функции, такие как синус и косинус, с основным периодом $2\pi$: $sin(x + 2\pi) = sin(x)$.

История: Хотя исторические события уникальны, некоторые общественные и экономические процессы могут проявлять цикличность. Например, в экономике выделяют экономические циклы, состоящие из повторяющихся фаз подъема, пика, спада и кризиса. Другой пример — регулярное проведение мероприятий, таких как Олимпийские игры, которые повторяются каждые четыре года.

Ответ: Примеры периодически повторяющихся явлений из других учебных предметов:

• География: смена дня и ночи, смена времён года, морские приливы и отливы.

• Биология: сердцебиение, дыхание, циркадные ритмы (смена сна и бодрствования), сезонные миграции животных.

• Химия: периодическое повторение свойств химических элементов в Периодической системе Д. И. Менделеева.

• Математика: поведение периодических функций, например, синуса и косинуса.

• История: экономические циклы, регулярное проведение Олимпийских игр.

Данные строки из стихотворения Валерия Брюсова «Мир электрона» (1922 г.) представляют собой глубокое философско-поэтическое осмысление научных открытий начала XX века, в частности, новой планетарной модели атома. Брюсов, как поэт-символист, использует образы из физики не для иллюстрации научных фактов, а для построения многоуровневой метафоры о бесконечности и сложности мироздания.

В первом четверостишии автор выдвигает гипотезу, отождествляя элементарную частицу, электрон, с целым миром. Чтобы сделать этот фантастический образ понятным читателю, он наделяет этот мир знакомыми чертами нашей собственной планеты и цивилизации: `пять материков`, `искусства`, `войны`, `троны` и богатая история (`память сорока веков`). Это метафора, иллюстрирующая идею о том, что сложность, присущая нашему макромиру, может в сжатом виде повторяться и в микромире. Поэт допускает, что внутри мельчайших частиц материи может существовать такая же насыщенная и драматичная жизнь, как и наша.

Во втором четверостишии эта идея развивается и масштабируется. Если электрон — это мир, то атом, состоящий из ядра и электронов, — это уже целая Вселенная, наполненная множеством планет (`где сто планет`). Брюсов утверждает, что в этой атомной вселенной есть `всё, что здесь, в объёме сжатом`, развивая принцип фрактального подобия: малое повторяет великое. Однако самая глубокая мысль заключена в последней строке: `Но также то, чего здесь нет`. Это означает, что микромиры — не просто уменьшенные копии нашего мира. Они обладают собственными, уникальными законами, свойствами и явлениями, которые мы не можем ни наблюдать, ни даже вообразить. Эта строка открывает дверь в бесконечность непознанного и подчёркивает ограниченность человеческого восприятия.

Таким образом, Брюсов размышляет о головокружительной идее вложенных друг в друга реальностей, о бесконечной сложности материи «вглубь». Он выражает восхищение и трепет перед новыми научными горизонтами, которые показали, что привычный мир — лишь один из бесчисленных уровней бытия.

Ответ: Толкование данных строк заключается в поэтической разработке идеи о фрактальном устройстве Вселенной, где каждый уровень организации материи, от атома до галактики, может содержать в себе бесконечную сложность, подобную нашей собственной реальности. Брюсов предполагает, что электрон может быть целым миром с цивилизацией, а атом — вселенной. При этом он подчёркивает, что эти микромиры не просто копируют наш, но и содержат нечто совершенно иное, непостижимое для нас, тем самым указывая на безграничность и таинственность мироздания, открывшиеся благодаря науке.

Данный вопрос относится к стихотворению Осипа Мандельштама «Век», написанному в 1922 году. Строчки, о которых, вероятнее всего, идёт речь, — это знаменитый риторический вопрос из первой строфы:

«Век мой, зверь мой, кто сумеет

Заглянуть в твои зрачки

И своею кровью склеит

Двух столетий позвонки?»

Решение

Чтобы понять, о каком поэтическом даре говорят эти строки, необходимо рассмотреть их в историческом и философском контексте 1922 года. Этот год — время глубочайшего исторического разлома. Недавно закончилась Гражданская война, утвердилась новая, советская власть, разрушившая старый мир. Произошёл разрыв связи времён, который Мандельштам ощущает как физическую катастрофу, как сломанный «позвонок века». В своём стихотворении он создаёт мощный образ — «век-зверь», жестокое и слепое существо, олицетворяющее новую, безжалостную реальность.

В этом контексте поэтический дар предстаёт не как способность создавать изящные произведения, а как высшая, почти мессианская миссия. Это, во-первых, дар пророческого прозрения — способность бесстрашно «заглянуть в зрачки» веку-зверю, то есть понять суть ужасающей действительности. Во-вторых, это дар исторической ответственности, ведь на поэта возложена колоссальная задача «склеить двух столетий позвонки» — восстановить порванную связь времён, соединить прошлое (XIX век, «золотой век» русской культуры) с настоящим и будущим (XX веком). Наконец, это дар жертвенности, так как выполнить эту миссию можно лишь ценой собственной жизни, «своею кровью». Поэзия становится не ремеслом, а жертвенным служением, а поэт — пророком и мучеником, который должен принести себя в жертву, чтобы исцелить свой «век». В этом видится и предсказание собственной трагической судьбы Мандельштама и многих деятелей культуры его эпохи.

Таким образом, речь идёт о даре поэта-теурга, чья задача — не просто отражать, а преображать действительность, восстанавливать целостность истории и культуры.

Ответ: Приведённые строчки из стихотворения Осипа Мандельштама «Век» (1922 г.) говорят о поэтическом даре как о пророческой и жертвенной миссии. Этот дар заключается в способности поэта бесстрашно осмыслить трагическую суть своей эпохи («века-зверя») и, пожертвовав собой («своею кровью»), восстановить разрушенную связь времён, «склеить позвонки» двух столетий — уходящего прошлого и наступившего настоящего.